第三章遗传信息的复制

1、这是哪两个人的照片？相似吗？其原因呢？情景导引情景导引2011年五一劳动节到来前夕，作者有幸来到荷泽年五一劳动节到来前夕，作者有幸来到荷泽牡丹园赏花。放眼望去，满园牡丹牡丹园赏花。放眼望去，满园牡丹五颜五颜六色六色，千姿百态，绚丽多采，令人，千姿百态，绚丽多采，令人心心旷旷神怡。尤其是状元红和玉神怡。尤其是状元红和玉),面面桃花桃花两两个品种更是让人流连忘返。它们个品种更是让人流连忘返。它们花花朵朵硕大，雍容华贵，不愧为国色天香。据该园技术硕大，雍容华贵，不愧为国色天香。据该园技术人员介绍，这两大名品，是纯正的洛阳牡丹。因为人员介绍，这两大名品，是纯正的洛阳牡丹。因为几百年来，人们一直在用扦插

2、和压条的方法对它们几百年来，人们一直在用扦插和压条的方法对它们实施人工繁殖。实施人工繁殖。思考：思考：扦插法和压条法能够保证牡丹品种纯正的根扦插法和压条法能够保证牡丹品种纯正的根本原因是什么？本原因是什么？提示：母体的DNA分子复制出与己完全相同的“副本”传递给后代。vDNA分子的功能：分子的功能： 贮存遗传信息（通过碱基对的排列顺序）贮存遗传信息（通过碱基对的排列顺序） 传递遗传信息（通过传递遗传信息（通过DNA分子的复制完成）分子的复制完成） 表达遗传信息表达遗传信息DNA分子复制的概念：以亲代分子复制的概念：以亲代DNA分子为模分子为模板合成子代板合成子代DNA分子的过程。分子的过程。

3、特点：半保留复制特点：半保留复制 最早提出的最早提出的DNADNA复制模型的三种猜测或假设复制模型的三种猜测或假设一、一、DNADNA分子半保留复制的证据分子半保留复制的证据1 1、全保留复制：、全保留复制：新复制出新复制出 的分子直接形成，完全的分子直接形成，完全 没有旧的部分；没有旧的部分；2 2、半保留复制：、半保留复制：形成的分子形成的分子 一半是新的，一半是旧的；一半是新的，一半是旧的； 3 3、分散复制：、分散复制：新复制的分子新复制的分子 中新旧都有，但分配是随中新旧都有，但分配是随 机组合的；机组合的；复制一次复制一次复制一次复制一次沃森和克里克推测是半保留复制模型沃森和克里克

4、推测是半保留复制模型复制一次复制一次亲代亲代DNADNA子代子代DNADNA1 1、按照半保留复制的原理请大家思考按照半保留复制的原理请大家思考: :右右边的亲代边的亲代DNADNA复制一次和复制二次后复制一次和复制二次后, ,其子其子代代DNADNA的组成是怎么样的？（用红色表示的组成是怎么样的？（用红色表示新形成的链）新形成的链）请同学思考下列问题：请同学思考下列问题：( (假设的理论和实验设计假设的理论和实验设计) )2 2、要用实验来验证这一结论，我们需要对要用实验来验证这一结论，我们需要对旧链和新链进行区分。结合第一节的知识，旧链和新链进行区分。结合第一节的知识，想一想我们怎样区分他

5、们？想一想我们怎样区分他们？3 3、如果亲代的如果亲代的DNADNA两条链用两条链用1515N N来标记，然后放在来标记，然后放在1414N N中复制则亲中复制则亲代，子一代、子二代分别含哪种元素？代，子一代、子二代分别含哪种元素？4 4、DNADNA虽然被标记，可在子代中新旧链是混在一起的，不易分虽然被标记，可在子代中新旧链是混在一起的，不易分离，怎么解决这一问题？离，怎么解决这一问题？5 5、如果离心，则亲代、子一代、子二代会怎么分布？如果离心，则亲代、子一代、子二代会怎么分布？重带重带( (下部下部) )1515N/N/1515N N中带中带( (中间中间) )1515N/N/1414N

6、 N轻带轻带( (上部上部) )1414N/N/1414N N中带中带( (中间中间) )1515N/N/1414N N子一代子一代子二代子二代亲亲 代代重带重带( (下部下部) )1515N/N/1515N N中带中带( (中间中间) )1515N/N/1414N N轻带轻带( (上部上部) )1414N/N/1414N N中带中带( (中间中间) )1515N /N /1414N N实验来验证假设理论的过程（DNA半保留复制）复制的时期复制的时期有丝分裂间期、减数分裂第一有丝分裂间期、减数分裂第一次分裂的间期次分裂的间期复制的场所复制的场所复制的模板复制的模板DNADNA两条链两条链原原

7、料料游离的四种脱氧核苷酸游离的四种脱氧核苷酸基本条件基本条件DNADNA解旋酶、解旋酶、DNADNA聚合酶等聚合酶等 、DNADNA连接连接酶、酶、ATPATP、模板、原料、模板、原料复制过程复制过程解旋解旋碱基配对合成子链碱基配对合成子链形成子代形成子代DNA复制特点复制特点边解旋边复制（过程）边解旋边复制（过程）半保留复制（结果）半保留复制（结果）遵循原则遵循原则碱基互补配对原则碱基互补配对原则细胞核（主要）、线粒体、叶绿体细胞核（主要）、线粒体、叶绿体二、二、DNADNA的复制的复制DNA准确复制的原因准确复制的原因模版、碱基互补配对模版、碱基互补配对：解旋酶催化解旋模板（在DNA聚合酶

8、的催化下，利用游离的脱氧核苷酸进行）复制：以母链为模板进行碱基配对母链（旧链）子链（新链）：组成复制后的DNA同时进行DNADNA的复制过程的复制过程DNADNA分子的复制过程分子的复制过程有人认为有人认为DNADNA复制就复印材料一样，复制就复印材料一样，一张材料复印一次也可以得到两张相同的材料。一张材料复印一次也可以得到两张相同的材料。这种说法对不对，为什么？这种说法对不对，为什么？1DNA1DNA2DNA2DNA单链（母）单链（母）（母十子）（母十子）（母十子）（母十子） 子子 DNA DNA 子子DNADNA2DNA2DNA 与复印材料不同，因为与复印材料不同，因为DNADNA分子的复

9、制结果并没有形分子的复制结果并没有形成一个完整的新的成一个完整的新的DNADNA分子，而是形成了一半新、一半旧分子，而是形成了一半新、一半旧的两个的两个DNADNA分子，并且原来的旧的分子，并且原来的旧的DNADNA也不存在。也不存在。 准确复制的原因(1)DNA分子独特的_提供精确模板。(2)通过_保证了复制的准确进行。双螺旋结构双螺旋结构碱基互补配对碱基互补配对 DNA复制的有关计算假设将1个全部被15N标记的DNA分子(0代)转移到含14N的培养基中培养n代，结果如下：(1)DNA分子数子代DNA分子总数2n个含15N的DNA分子数2个含14N的DNA分子数2n个只含15N的DNA分子数

10、0个只含14N的DNA分子数(2n2)个(2)脱氧核苷酸链数子代DNA分子中脱氧核苷酸链数2n1条含15N的脱氧核苷酸链2条含14N的脱氧核苷酸链(2n12)条(3)消耗的脱氧核苷酸数设亲代DNA分子中含有某种脱氧核苷酸m个，则：经过n次复制，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m(2n1)个。在第n次复制时，共需消耗游离的该脱氧核苷酸m2n1个。特别提醒(1)运用DNA半保留复制特点，分析被标记DNA分子的比例时，应注意求的是DNA分子数，还是脱氧核苷酸链数；还应注意培养基中化学元素的转换。(2)运用DNA半保留复制特点，解决消耗某种脱氧核苷酸数量问题时，应注意亲代DNA分子的两条母链被保留下来，不需

11、消耗原料。 一个细胞中的某一条染色体上的DNA双链都用15N标记过，在有丝分裂间期利用含14N的脱氧核苷酸作为原料进行复制，复制完成后该染色体的状况是()A一条染色单体含15N，另一条染色单体不含15NB两条染色单体均含15NC两条染色单体均不含15ND一条染色单体只含15N，另一条染色单体只含14N【尝试解答】B【解析】有丝分裂间期复制的每一条染色体中都含有两条染色单体，每条单体中各有一个DNA分子。每个DNA分子中各有一条链是含15N，所以两条染色单体均含15N。跟踪训练将大肠杆菌置于含15N的培养基中培养一段时间，然后把DNA被15N完全标记的大肠杆菌作为亲代，转移到只含14N的普通培养

12、基培养，使其繁殖两代形成4个新个体，则它们的DNA中含14N的链与15N的链的比是()A3 1B2 1C1 1 D7 1解析：选A。15N标记的DNA有两条含15N的链，当利用含14N的培养基来培养时，根据半保留复制的特点，新形成的2个DNA分子上应各有一条含15N的链和一条含14N的链，没有了15N的来源，不论以后复制多少次，含15N的链永远只有两条，而新增加的新链是含14N的链。而题中形成了4个新个体，含有4个DNA分子共8条单链，只有两条含15N，其余六条含14N,14N链15N链6231。有关DNA分子复制问题的归纳DNA复制的概念以亲代DNA为模板，在一定条件下合成子代DNA的过程D

13、NA精确复制的原因规则的双螺旋结构为复制提供精确的模板；碱基互补配对原则保证了复制准确进行能够进行DNA复制的生物一切以DNA为遗传物质的生物真核生物DNA复制发生的时间在体细胞中发生在有丝分裂间期在有性生殖过程中发生在减数第一次分裂间期DNA分子复制进行的基本条件模板亲代DNA分子的两条链原料四种游离的脱氧核糖核苷酸能量ATP酶解旋酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等DNA复制的特点半保留复制DNA复制的结果一个DNA分子形成两个完全相同的子代DNA分子两个子代DNA的位置及分开时间复制产生的两个子代DNA分子位于一对姐妹染色单体上，由着丝粒连在一起，在有丝分裂后期或减数第二次分裂后期着丝粒分裂

14、时分开，分别进入两个子细胞中DNA复制的意义保持遗传信息的连续性，向子代传递遗传信息三、遗传信息复制的重大意义1 1、将遗传信息准确地传递给子代，保证了、将遗传信息准确地传递给子代，保证了亲子亲子 代遗传信息的一致性，亲子代形状相代遗传信息的一致性，亲子代形状相同或相近。同或相近。遗传信息复制的重大意义遗传信息复制的重大意义2 2、DNADNA聚合酶具有纠错功能，复制过程中，聚合酶具有纠错功能，复制过程中，碱基出错导致碱基出错导致 变异变异生物多样性。生物多样性。1细胞内DNA复制与PCR技术的比较DNA分子复制与分子复制与PCR技术技术细胞内DNA复制PCR不同点解旋在解旋酶作用下边解旋边复

15、制94高温解旋，双链分开酶解旋酶、DNA聚合酶耐高热的DNA聚合酶温度体内温和条件高温相同点需提供DNA复制的模板；四种脱氧核苷酸为原料；都需要酶的催化2PCR技术反应过程中控制不同温度的意义(1)94 左右时变性，双链DNA解旋为单链；(2)55 左右时复性，两种引物与两条单链DNA结合；(3)72 左右时延伸，耐高热的DNA聚合酶促使DNA新链的合成。 将大肠杆菌放在含有同位素15N培养基中培育若干代后，细菌DNA所有氮均为15N，它比14N分子密度大。然后将DNA被15N标记的大肠杆菌再移到14N的培养基中培养，每隔4 h(相当于分裂繁殖一代的时间)取样一次，测定其不同世代细菌DNA的密

16、度。实验结果DNA复制的密度梯度离心实验如下图所示。(1)中带含有的氮元素是_。(2)如果测定第四代DNA分子密度，标记的比例表示为_。(3)如果将第一代(全中)DNA链的氢键断裂后再测定密度，它的DNA单链在试管中的分布位置应为_。(4)上述实验表明，子代DNA合成的方式是_。【尝试解答】(1)14N和15N(2)1/8中、7/8轻(3)1/2重、1/2轻(4)半保留复制【解析】将DNA分子被15N标记的大肠杆菌移到14N培养基中培养，因合成DNA的原料中含14N，所以新合成的DNA链均含14N。根据半保留复制的特点，第一代的DNA分子应一条链含15N，一条链含14N。一个亲代DNA分子复制到第二代，形成224个DNA，其中两个各保留亲代DNA分子的一条链(含15N)，另一条链为14N，另两个DNA分子的两条链均含14N；以后各代中含有一条15N链，一条14N链的DNA分子始终为2个(来自同一个亲代DNA)，其余DNA分子两条链均含14N。全含15N的DNA分子比全含14N的DNA分子密度大，在密度梯度离心试验中，含15N的DNA分子均位于试管下部，而含14N的DNA分子应位于试管中较靠上的位置。一条链含15N，一条链含14N的DNA分子位置应位于前两者之间，试验的结果也证明了这一点。据此可知，(1)中带(DNA)含有氮元素为两种：14